陳利國，吳麗媛 ，王偉，宋治惠

（中國直升機設(shè)計研究所 機電管理專業(yè) ，天津，300300）

直升機在某些區(qū)域，受限于存放空間，需要具備旋翼折疊和展開功能。旋翼折疊分為人工折疊和自動折疊兩種方式，而自動折疊又分為液壓折疊和電動折疊。目前，我國自動折疊型直升機基本全部采用液壓折疊方式，液壓折疊采用液壓作動筒和液壓式等裝置，存在液壓油泄露、污染等問題。對于國外的折疊型直升機，已經(jīng)有很多型號采用電動折疊方式，并在實戰(zhàn)中得到驗證[1-3]，其重量輕、無污染等的優(yōu)點必然會使其成為折疊直升機的發(fā)展趨勢。我國在這方面的技術(shù)水平和經(jīng)驗都存在很大不足，所以對電動折疊系統(tǒng)的研究很有必要性。

軟件是電動折疊系統(tǒng)的重要組成部分，一般軟件包含有折疊驅(qū)動系統(tǒng)控制軟件、盤槳控制軟件、鎖定裝置控制軟件以及機電綜合管理軟件等。其中，機電綜合管理系統(tǒng)在各執(zhí)行機構(gòu)及軟件運行階段承擔(dān)下達(dá)指令以及接受判斷各系統(tǒng)狀態(tài)及故障的任務(wù)，其可靠性關(guān)乎旋翼折疊與展開的成功與否。

1 原理及控制流

旋翼折疊過程包含盤槳作動器對齒、限動鎖上鎖、盤槳、盤槳作動器脫齒、折疊作動器拔銷、折疊[4]；旋翼展開過程包含槳葉展開、折疊作動器插銷、限動鎖開鎖。其原理圖如圖1所示，機電綜合管理系統(tǒng)通過采集輪載、折疊控制板等信號，判斷旋翼系統(tǒng)是否具備折疊或者展開條件，具備后，通過與盤槳控制器及主槳集流環(huán)的信息交互，控制折疊執(zhí)行機構(gòu)進(jìn)行折疊與展開，并實時監(jiān)測各執(zhí)行部件的狀態(tài)[5]。從其原理可以看出，機電綜合管理系統(tǒng)承擔(dān)旋翼折疊與展開的具體流程的指令下發(fā)及狀態(tài)判斷，旋翼執(zhí)行機構(gòu)按照什么樣的流程，每個流程的執(zhí)行情況以及每個執(zhí)行機構(gòu)的工作狀態(tài)都是由機電綜合管理系統(tǒng)決定的，其重要性不言而喻，所以機電綜合管理系統(tǒng)的軟件可靠性、全面性對旋翼折疊系統(tǒng)及其重要。

圖1 旋翼折疊原理交聯(lián)圖

盤槳控制器接收機電綜合管理計算機的控制指令，同時判斷執(zhí)行機構(gòu)的位置信息，驅(qū)動盤槳電機，使直升機旋翼在剎車盤的轉(zhuǎn)動下旋轉(zhuǎn)到需要的位置；通過獨立的對齒電機控制剎車齒輪與剎車盤的嚙合脫開，其控制流圖如圖2所示。

圖2 盤槳控制器控制流圖

支臂限動鎖驅(qū)動裝置接收機電綜合管理計算機的控制指令，同時判斷限動鎖當(dāng)前位置信息，驅(qū)動電機運動，支臂限動鎖驅(qū)動裝置通過驅(qū)動支臂限動鎖撥叉組件，實現(xiàn)對旋翼支臂的鎖定與開鎖動作，其控制流圖如圖3所示。

圖3 支臂限動鎖控制流圖

折疊控制器接收機電綜合管理計算機發(fā)送的折疊控制信號[6]，同時根據(jù)槳葉機構(gòu)位置狀態(tài)信號判斷折疊或展開狀態(tài)，經(jīng)解算后，驅(qū)動伺服電機帶動主軸完成插銷、折疊或展開、拔銷動作，使旋翼達(dá)到折疊或展開狀態(tài)，其控制流圖如圖4所示。

圖4 折疊控制器控制流圖

2 旋翼折疊控制邏輯設(shè)計

確定旋翼折疊的與各個執(zhí)行機構(gòu)的控制流后，需要對旋翼折疊的流程進(jìn)行確定。旋翼折疊時，機電綜合管理系統(tǒng)首先收到地勤人員從折疊控制板發(fā)來的折疊指令，通過判斷自檢狀況及直升機所處狀態(tài)，確定可以執(zhí)行旋翼折疊流程后，開始調(diào)整旋翼總距，調(diào)整到位后，分別給盤槳作動器和支臂限動鎖下發(fā)指令進(jìn)行對齒及上鎖操作，機電綜合管理系統(tǒng)判斷對齒及上鎖操作到位后，進(jìn)行松剎，確定松剎操作后，控制盤槳作動器進(jìn)行盤槳，為防止旋翼因外力及重力轉(zhuǎn)動，進(jìn)行剎車處理后，機電綜合管理系統(tǒng)控制盤槳作動器脫齒，在機電綜合管理系統(tǒng)收到脫齒到位后，控制折疊作動器進(jìn)行拔銷處理，待拔銷到位后，各槳葉按照順序依次進(jìn)行折疊，具體流程如圖5所示。

圖5 旋翼自動折疊流程圖

旋翼展開時，機電綜合管理系統(tǒng)首先收到地勤人員從折疊控制板發(fā)來的展開指令，通過判斷自檢狀況及直升機所處狀態(tài)，確定可以執(zhí)行旋翼展開流程后，機電綜合管理系統(tǒng)給折疊控制器下發(fā)指令，控制各槳葉按照順序依次展開，機電綜合管理系統(tǒng)判斷槳葉展開到位后，依次控制折疊作動器執(zhí)行插銷動作及支臂限動鎖執(zhí)行開鎖動作，從而實現(xiàn)旋翼的自動展開，具體流程如圖6所示。

圖6 旋翼自動展開流程圖

旋翼折疊與展開的可靠性和快速性直接影響到裝備作戰(zhàn)速度，為了提高旋翼折疊的可靠性，需要考慮自動折疊流程的中斷及故障的出現(xiàn)，如：通訊中斷、自檢失敗等故障，在此情況下，可以使旋翼在當(dāng)前的狀態(tài)下繼續(xù)通過某種手段實現(xiàn)旋翼的折疊與展開。因此，設(shè)計了自動折疊以外的單步折疊方法，即在旋翼折疊與展開過程出現(xiàn)中斷的情況下，通過操縱機電綜合管理系統(tǒng)，實現(xiàn)在中斷時所處的狀態(tài)下繼續(xù)單步進(jìn)行折疊與展開的流程。該方法及邏輯不僅僅適用于中斷及故障模式下，在緊急情況下，可以由熟練掌握折疊流程的人員進(jìn)行單步操作，也可完成旋翼的折疊與展開。

對于自動旋翼折疊系統(tǒng)，由于其采用復(fù)雜的電路與軟件邏輯實 現(xiàn)折疊展開功能，其高可靠性無法完全依靠軟件邏輯及電路設(shè)計來實現(xiàn)。因此，除自動折疊外，旋翼還應(yīng)設(shè)置手動折疊模式，在電氣失效的情況下，可通過人工來實現(xiàn)旋翼的折疊與展開。

除此之外，針對機電綜合管理系統(tǒng)本身，也進(jìn)行了可靠性設(shè)計：

(1)內(nèi)部設(shè)置看門狗，軟件定時喂狗，對于偶然因素引起的軟件跑飛或死循環(huán)，致使軟件無法按時喂狗，看門狗電路能自動復(fù)位，重新開始執(zhí)行軟件；

(2)機電綜合管理計算機采用雙通道并行工作，雙余度使計算機軟件運行和處理的可靠性增強，具備重構(gòu)和容錯能力。

3 旋翼折疊試驗

最后，將上述邏輯編譯為C語言代碼燒錄至機電綜合管理系統(tǒng)設(shè)備，在搭建的旋翼折疊試驗臺進(jìn)行了旋翼折疊試驗，共通過操縱機電綜合管理系統(tǒng)完成旋翼自動折疊與展開試驗200余次，連續(xù)40h的旋翼折疊展開試驗，試驗未出現(xiàn)故障。試驗結(jié)果顯示：機電綜合管理系統(tǒng)可以有效的控制支臂限動鎖上鎖/開鎖、折疊作動器拔銷插銷和展開折疊以及盤槳作動器的盤槳和定位。機電綜合管理系統(tǒng)控制旋翼自動折疊的時間均在4min之內(nèi)，旋翼自動展開的時間均在3min之內(nèi)，可以實現(xiàn)旋翼快速的折疊與展開。

此外，還模擬了支臂限動鎖與機電綜合管理系統(tǒng)通訊中斷、折疊作動器與機電綜合管理系統(tǒng)通訊中斷以及盤槳作動器與機電綜合管理系統(tǒng)通訊中斷等故障，使旋翼自動折疊及展開流程中斷，然后在中斷的狀態(tài)下進(jìn)入單步操作模式，使旋翼折疊與展開可以在非人工的狀態(tài)下繼續(xù)進(jìn)行。

4 結(jié)論

通過在機電綜合管理系統(tǒng)中設(shè)計單步折疊的方法可以在旋翼折疊中斷的情況下繼續(xù)進(jìn)行剩余的折疊流程，從而提高旋翼折疊的可靠性和快速性，并通過試驗證明其可行性。在搭建的旋翼折疊試驗臺，進(jìn)行了旋翼自動折疊與展開試驗，證明了機電綜合管理系統(tǒng)控制的電動旋翼折疊可以實現(xiàn)旋翼快速的展開與折疊，可以為今后的旋翼折疊系統(tǒng)提供重要參考。